青藏高原及周边区域夏季对流层-平流层水汽交换的拉格朗日数值模拟研究

青藏高原及其周边区域上空上对流层－下平流层（UT/LS）水汽输送和交换过程对全球平流层水汽平衡具有重要影响，而其相关研究还处于起步阶段。本项目研究利用拉格朗日数值模拟手段，发展并建立基于气块轨迹追踪技术的平流层-对流层水汽交换通量计算方案，确定青藏高原及周边地区水汽交换通量特征及其"源汇"特征，定量描述该区域UT/LS水汽交换在在全球平流层水汽收支中的作用。进而采用对流分辨的云模式耦合拉格朗日三维轨迹模式的高分辨数值模拟，通过考察气块输送中的温度、湿度等物理信息的变性特征，并结合最新卫星观测的水汽结构，以及大气动力、热力诊断和对流活动统计特征，分析夏季青藏高原地区近地层－对流层－平流层水汽输送的精细过程。以上研究无疑可加深我们对青藏高原及周边区域上空平流层和对流层之间水汽输送和交换的新认识，为全球变化背景下平流层水汽对全球气候的影响评估提供积极的参考。

本项目研究青藏高原及周边区域“上对流层－下平流层水汽交换”为聚焦点，围绕该区域水汽从对流层进入平流层的精细过程和机制这一主题，以拉格朗日分析方法为手段，通过数值模拟，辅助其他观测资料的综合分析，拟实现如下目标：（1）揭示青藏高原及其周边区域平流层-对流层水汽交换特征，定量评估该区域水汽输送过程在亚洲区水汽平衡中的作用；（2）给出青藏高原及周边区域夏季对流层向平流层水汽输送的精细过程，为揭示该区域对流层水汽进入平流层的机理提供新认识。.按照项目研究计划，通过三年的项目实施，已完成各项研究任务，并实现了上述既定研究目标。项目研究主要进展和成果归纳如下：.（1）发展了区域气象模式与拉格朗日数值模式耦合方法；基于三维高分辨的拉格朗日数值模拟，建立了基于气块轨迹的平流层-对流层输送与交换通量计算方案；（2）基于拉格朗日诊断方法，确定了大气近地层向对流层顶区域大气输送的近地层源区、时间尺度等输送特征（包括水汽），定量估算了不同区域的相对贡献；（3）研究了青藏高原夏季对流层－平流层水汽输送在平流层中的表现及其影响特征。结果表明，穿越对流层顶的气块在平流层中的滞留时间具有明显夏季风信号特征，气块拉格朗日冷点位置（脱水位置）和对流层顶穿越位置具有较大差异性。并利用拉格朗日轨迹方法重构了水汽输送图像。（4）通过追踪并解析气块的三维轨迹以及温度、湿度等相关物理量的相关精细变化特征，研究了青藏高原近地层水汽进入平流层精细过程及可能机制。结果显示，水汽进入平流层受对流抬升作用与南亚高压闭合环流的共同影响，但比较而言，近地层水汽进入平流层的多寡主要和大尺度的垂直输送有关，而深对流加湿的作用相对较弱。（5）除上述研究之外，项目还研究了青藏高原地区大气质量与水汽的“源－汇”特征；为彰显水汽输送特征的差异性，分析了青藏高原UT/LS夏季CO的季节内变化特征及可能影响因子；利用发展的拉格朗日水汽源诊断方法，完成了青藏高原影响下特定目标区的水汽源区识别等。以上研究成果无疑可加深我们对青藏高原及周边区域上空平流层和对流层之间水汽输送和交换的新认识。.在本研究项目资助下，共发表相关研究学术论文12篇，其中SCI论文10篇（第一标注7篇），核心期刊论文2篇（第一标注2篇）。